Особенности проектирования фундаментов в вытрамбованных котлованах

Проект фундаментов в вытрамбованных котлованах должен содержать:

• план отрывки котлована под здание или сооружение с отметками поверхности вытрамбовывания;

• размеры в плане и глубину отдельных котлованов;

• влажность грунта, при которой рекомендуется осуществлять вытрамбовывание котлованов, а при необходимости повышения влажности до оптимального значения - требуемое количество воды для увлажнения;

• ориентировочные размеры уплотненной зоны при принятых размерах трамбовки и режиме трамбования;

• минимально допустимые расстояния между котлованами ленточных прерывыстых фундаментов;

• размеры уширений в основании, объем жесткого материала (бетона, щебня, песчано-гравийной смеси и т. п.), втрамбовываемого в дно котлована, количество порций и объем одной порции;

• расчетные значения прочностных характеристик и модуля деформации уплотненных грунтов, условное расчетное сопротивление уплотненного грунта, действующие нагрузки на фундаменты;

• особые требования по технологии производства работ, контролю качества и приемке работ.

Отрывка котлована под здание или сооружение производится до отметки основания пола, с которой должно вестись трамбование.

Растительный слой и насыпной грунт с содержанием органического вещества более 0,05 должны быть полностью удалены.

При значительной их толщине, а также уклонах местности планировка дна выполняется подсыпкой местного глинистого грунта оптимальной влажности с уплотнением его до плотности сухого грунт = 1,55-1,60 т/м³, так как уплотнение грунта до более высокой плотности снижает эффективность трамбования.

При этом толщина подсыпки не должна превышать величины , принимаемой равной

(3.15)

где – глубина вытрамбовывания, м;

– ширина или диаметр вытрамбованного котлована, м;

- толщина уширения из жесткого материала, при трамбовке с заостренным концом принимаемая:

• в форме шара (h_br = r_hr) для случаев, когда ниже дна котлована залегают песчаные грунты с ρ_d >1,60 т/м³ или пылевато-глинистые грунты с ρ_d> 1,60 т/м³ и степенью влажности S_r < 0,7, а также
ρ_d > 1,70 т/м³ и S_r> 0,7;

• эллипсоида вращения с отношениями полуосей h_br/r_br= 1,4при залегании ниже дна котлована песчаных грунтов с ρ_d < 1,50 т/м³ или пылевато-глинистых грунтов с S_r<0,7 при ρ_d < 1,60 т/м³ и S_r > 0,7 при
1,5 < ρ_d < 1,70 т/м³ и h_br/r_br= 1,8 для глинистых грунтов с S_r > 0,7 и
ρ_d < 1,50 т/м.

Радиус уширения основания определяется по формуле:

(3.16)

где – коэффициент, учитывающий форму уширения и при расположении центра уширения на расстоянии 0,5h₁от основания заостренной части фундамента (см. рис. 3.14), принимаемый равным: для шара – k_hr = 0,62; эллипсоида с h_hr/r_hr = 1,4 – k_hr = 0,55; эллипсоида с h_hrlr_hr =1,8- k_hr = 0,51; V_cr - объем втрамбованного в дно жесткого материала, м³.

Площадь уширенного основания из жесткого материала в его наибольшем сечении принимается, равной

(3.17)

Толщина уплотненной зоны ниже уширенной части из втрамбо­ванного материала определется по формуле

(3.18)

Радиус уплотненной зоны определяется по формуле

(3.19)

где и – соответственно средние значения плотностей сухого грунта природного сложения и уплотненного грунта, принимаемые по формуле (3.17);

– коэффициент, принимаемый по табл. 3.13.

Площадь сечения уплотненной зоны, образующейся при втрамбовывании жесткого материала, в месте наибольшего уширения принимается равной

(3.20)

Расположение вытрамбованных котлованов в плане для каркасных зданий принимается в соответствии с планом колонн и действующими нагрузками.

Под каждую колонну вытрамбовывается отдельный котлован, под спаренные колонны у деформационных швов котлован вытрамбовывается в два следа. У деформационных швов обычно вытрамбовывается один котлован с устройством соответствующего ростверка или уширенного оголовка под колонны.

Таблица 3.12

Значения коэффициента

Средняя плотность сухого грунта после уплотнения, т/м	Коэффициент при плотности сухого грунта природного сложения ρd , t/m3, равный
1,25	1,30	1,35	1,40	1,45	1,50	1,55	1,60
1,60	1,57	1,66	1,76	1,90	2,10	2,40	3,02	–
1,65	1,52	1,60	1,68	1,78	1,92	2,11	2,42	3,24
1,70	1,48	1,54	1,61	1,69	1,80	1,94	2,13	2,57
1,75	1,44	1,49	1,55	1,62	1,71	1,82	1,96	2,07
1,80	1,41	1,45	1,51	1,57	1,64	1,73	1,83	1,98
1,85	1,38	1,42	1,47	1,52	1,58	1,65	1,74	1,85

Примечание. Для промежуточных значений и величина определяется по интерполяции.

Фундаменты бескаркасных зданий располагаются в вытрамбованных котлованах по осям стен на расстояниях, определяемых исходя из нагрузок на фундаменты, планов расположения стен, длины фундаментных балок, прочности и деформативности цокольных панелей и панелей технического подполья, а также с учетом возможности вытрамбовывания близко расположенных котлованов. Минимальное расстояние между котлованами в свету принимается не менее 0,8 их ширины.

Глубина вытрамбованных котлованов принимается исходя из необходимой глубины заложения фундамента, толщины подсыпки, а также связи с каналами, приямками и коммуникациями.

Минимальная глубина вытрамбованных котлованов для фундаментов неглубокого заложения без уширения основания определяется по формуле:

(3.21)

где = 1,5b_m – максимальная толщина уплотненного слоя под котлованами, м;

– среднее значение плотности сухого грунта природного сложения (или насыпного) в пределах слоя от отметки трамбовки до нижней границы уплотненной зоны, т/м³ ;

s New Roman"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:spacing w:val="0"/></w:rPr><m:t>.</m:t></m:r><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:spacing w:val="0"/><w:lang w:val="EN-US"/></w:rPr><m:t>s</m:t></m:r></m:sub></m:sSub></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> – среднее значение плотности сухого грунта в пределах уплотняемой зоны, определяемое по формуле

(3.22)

где – плотность грунта, т/м³;

– степень влажности уплотненного грунта, = 0,9;

– природная влажность грунта;

– плотность воды, т/м³ .

Для фундаментов с уширенным основанием минимальная глубина трамбовки принимается d_pmi_n > 2b_m.

Форма трамбовок в плане при трамбовании котлованов под обычные фундаменты принимается квадратной, прямоугольной или круглой с плоским или заостренным основанием (см. рис. 3.13). Уклон боковых стенок трамбовок принимается в пределах от 1:15
до 1:3.

Для устройства котлованов под фундаменты с уширенным основанием применяются трамбовки квадратной, шестигранной или круглой формы в плане с углом заострения нижнего конца 60-90°.

Во всех случаях высота трамбовки должна превышать максимальную глубину трамбования котлованов на 10-20 см. Вес трамбовки назначается исходя из того, чтобы удельное статическое давление по основанию трамбовки было для фундаментов без уширения основания не менее 30 кПа и с уширенным основанием – 50 кПа.

Число ударов трамбовки по одному следу для получения заданной глубины приближенно определяется по формуле:

(3.23)

где – заданная глубина котлована, м;

–коэффициент, принимаемый равным 1,0 при вытрамбовывании котлованов в грунтах с влажностью, близкой к оптимальной, а при понижении влажности более чем на 0,03-0,05 от оптимальной – 0,7;

– средняя величина понижения дна котлована за один удар трамбовки принимается для трамбовок с плоским основанием площадью А, м²:

А < 1,0.......................... = 10 см;

А = 1,0-2,0.................... = 8 см;

А = 2,0.......................... = 6 см.

Для трамбовок с заостренным нижним концом – = 15 см.

Наибольшая эффективность при вытрамбовывании котлованов достигается при оптимальной влажности грунтов , определяемой по результатам опытного уплотнения или приближенно принимаемой по выражению (3.2).

Необходимый объем воды для получения оптимальной влажности грунта под каждый котлован определяется по формуле

(3.24)

где – площадь проекции уплотненной зоны, м².

Фундаменты в вытрамбованных котлованах проектируются, как правило, монолитными с учетом бетонирования их враспор со стенками котлована.

При расчете столбчатых и ленточных прерывистых фундаментов в вытрамбованных котлованах без уширенных оснований краевые давления под подошвой фундаментов определяются по формуле
(рис. 3.16):

r wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">

(3.25)

где – сумма вертикальных нагрузок, действующих на фундамент, кН;

– собстственный вес фундамента, кН;

– площадь фундамента в среднем сечении на глубине 0,5h, м²;

- сумма моментов сил относительно подошвы фундамента, кНм;

– средняя ширина фундамента в сечении на глубине 0,5h, м;

– момент сопротивления среднего сечения фундамента на глубине 0,5h_k (h_k- глубина вытрамбованного котлована, м);

–реактивный отпор грунта, кПа:

(3.26)

где = 60 кН/м²; = 0,4; - среднее давление в сечении фундамента на глубине 0,5h_k,кПа.

При этом должны быть выполнены условия р_тах < 1,2R₁₍₂₎;
p_min> 0, где R₁₍₂₎;- расчетное сопротивление грунта основания, кПа.

Рис. 3.16. Схема к расчету столбчатого фундамента

в вытрамбованном котловане:

1–столбчатый фундамент; 2 – граница уплотненной зоны

За расчетное сопротивление грунта основания фундамента в вы­трамбованном котловане принимается минимальное значение, получаемое из расчетного сопротивления уплотненного грунта:

• R₁, определяемого по формуле (5.7) СП 22.13330.2011 [25] с использованием прочностных характеристик φ₁₁ и c₁₁ уплотненных грунтов в водонасыщенном состоянии;

• R₂, определяемого по формуле

(3.27)

где g_zg и – напряжения от собственного веса грунта соответственно на кровле подстилающего слоя и на отметке заложения фундамента, кПа;

– коэффициент уменьшения дополнительного давления от фундамента на кровле неуплотненного слоя, определяемый по табл. 5.8 СП 22.13330.2011 [25].

В формуле (3.27) начальное просадочное давление ρ_sl принимается с коэффициентом γ_g= 1,5 при определении р_sl по результатам компрессионных испытаний и γ_g = 1,2 - по штамповым испытаниям.

Осадки столбчатых и ленточных прерывистых фундаментов в вытрамбованных котлованах определяются по схеме двухслойного основания, состоящего из уплотненного слоя грунта толщиной h_s = 1,5b_m и подстилающего деформации грунта в водонасыщенном состоянии E_sat, величина которого для подстилающего слоя принимается в интервале изменения давления от нуля до начального просадочного давления p_sl.

Несущая способность фундаментов в вытрамбованных котлованах F_u с уширенным основанием на вертикальную нагрузку определяется при полном замачивании просадочного грунта в основании как наименьшее из значений:

• фундамента по жесткому материалу, втрамбованному в дно котлована F_u1;

• несущей способности уплотненного грунта в пределах уплотненной зоны F_u2;

• несущей способности подстилающего уплотненную зону грунта природной структуры F_u3,.

Несущая способность фундамента F_u1, исходя из несущей способности жесткого материала, втрамбованного в дно котлована, определяется по формуле

(3.28)

где = 1,0 – коэффициент условий работы фундамента;

- расчетное сопротивление жесткого материала, принимаемое равным: для жесткого бетона, щебня и гравия 10 000 кПа, для крупного песка - 5000 кПа;

–площадь нижнего сечения фундамента, м².

Несущая способность по уплотненному слою вычисляется по формуле

(3.29)

где и – коэффициенты условий работы, равные 1,0;

R'c – расчетное сопротивление уплотненного грунта под уширением, кПа, определяемое по табл. 3.13;

–площадь поперечного сечения уширенного основания из жесткого материала в месте его наибольшего уширения, м²;

d wsp:val="00FF500A"/><wsp:rsid wsp:val="00FF70FB"/></wsp:rsids></w:docPr><w:body><w:p wsp:rsidR="00000000" wsp:rsidRDefault="00640D4E"><m:oMathPara><m:oMath><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:spacing w:val="0"/></w:rPr><m:t>h</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> – высота наклонной части фундамента, находящейся в грунте, м;

–периметр поперечного сечения фундамента в его средней части, м;

–расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности наклонной части, кПа, принимаемое по табл. 3.14;

– коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности фундамента, принимаемый = 0,8;

– уклон боковых стенок фундамента в долях единицы, при
> 0,025 принимаемый равным 0,025;

–компрессионный модуль деформации верхнего слоя грунта природной структуры в водонасыщенном состоянии при р < p_sl кПа;

_i–коэффициент условий работы, принимаемый γ_ci = 0,5;

–реологический коэффициент, принимаемый = 0,8.

Таблица 3.13

Значения уплотненного грунта под уширением

Глубина от поверхности до низа уширенного основания, м	, кПа, при I1
	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
5,0

Таблица 3.14

Значение R_f по боковой поверхности наклонной части фундамента

Несущая способность фундамента F_u3 на вертикальную нагрузку по подстилающему слою определяется по формуле

(3.30)

где – коэффициент условий работы подстилающего неуплотненного грунта, принимаемый по табл. 3.155

Таблица 3.15

Глубина трамбования dp, м	2,0	2,5	3,0	3,5
Коэффициент	1,0	1,2	1,4	1,6

R – расчетное сопротивление подстилающего слоя грунта, определяемое для непросадочных грунтов согласно требованиям СНиП 2.02.01-83* [22], а для просадочных грунтов - по нижеприведенной формуле с коэффициентом k, вводимым к величине p_st и принимаемым равным при определении p_sl по штамповым испытаниям k = 1,2, по компрессионным испытаниям - k= 1,5:

(3.31)

где и – напряжения от собственного веса грунта соответственно на кровле подстилающего слоя и на отметке заложения фундамента, кПа;

– коэффициент уменьшения дополнительного давления от фундамента на кровле неуплотненного или незакрепленного слоя, определяемый по табл. 5.8 СП 22.13330.2011[35];

A_s – площадь поперечного сечения уплотненной зоны в месте ее наибольшего размера, м².

Несущая способность уплотненных грунтов под фундаментами и вокруг них в вытрамбованных котлованах с уширенным основанием на горизонтальные нагрузки и моменты F_hопределяется по формуле

(3.32)

где –коэффициент условий работы, = 0,8;

– реактивный отпор грунта, определяемый по формуле (3.26);

–средняя ширина фундамента на глубине 0,5/г;

d wsp:val="00FF500A"/><wsp:rsid wsp:val="00FF70FB"/></wsp:rsids></w:docPr><w:body><w:p wsp:rsidR="00000000" wsp:rsidRDefault="00446EE5"><m:oMathPara><m:oMath><m:r><w:rPr><w:rFonts w:ascii="Cambria Math" w:fareast="Times New Roman" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:spacing w:val="0"/></w:rPr><m:t>h</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> –высота фундамента без учета заостренной части, м.

Расчетная вертикальная нагрузка на фундаменты в вытрамбованных котлованах с уширенным основанием

(3.33)

где – коэффициент надежности, принимаемый при определении несущей способности фундаментов расчетом = 1,4, а по данным испытаний = 1,0.

Опытные работы по вытрамбовыванию котлованов производят на площадке, расположенной в непосредственной близости от строящегося объекта; в котловане, отрытом на проектную глубину, для всех видов и размеров трамбовок, применяемых для устройства фундаментов с замером величин понижения дна котлована после каждых двух ударов трамбовки.

После вытрамбовывания опытного котлована по оси его отрывают шурфы или траншею на глубину не менее 2b_т ниже его дна с таким расчетом, чтобы одна из его стенок проходила через центр котлована.

В шурфе определяют форму и размеры уплотненной зоны, уширенного основания из втрамбованного материала, а также отбираются монолиты уплотненного грунта с целью определения его прочностных характеристик с и φ.